CN1427617A - 校正图像边缘的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于校正输入图像信号边缘的设备和方法。该设备包括：边缘检测器，用于通过在图像信号上执行多级Haar小波变换来检测在输入图像信号的边缘上的数据；增益检测器，用于检测通过归一化由所述边缘检测器检测的边缘数据中的在要校正的位置处的边缘数据来校正图像边缘的增益；像素值检测器，用于通过在要校正的边缘数据、相邻于该边缘数据的至少一个像素、以及增益上执行操作来检测与在要校正的位置处的边缘数据相关的校正的像素值；以及图像信号发生器，用于产生其边缘是基于经校正的像素形成的图像。最好，这样制作边缘检测器以使得该边缘检测器在输入图像信号上执行Haar小波变换而不引起其降低采样。

Description

校正图像边缘的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于校正图像边缘的设备和方法，更具体地说，涉及一种用于校正图像边缘的清晰度的设备和方法。
背景技术
通常，图像的质量是由该图像的边缘清晰度确定的。因此，已经开发了用于校正图像的边缘清晰度的多种技术。
图1是用于校正图像的边缘的传统设备的方框图。参见图1，当将一图像信号输入到第一差分器101时，该第一差分器101差分该图像信号，并且测量该图像信号的边缘的强度和方向。接着，第二差分器102差分来自第一差分器101的图像信号，并且提取该图像信号的边缘。第二差分器102仅测量该图像信号的边缘的强度。在第二差分器102中提取的图像的边缘形成一封闭曲线。所提取的图像边缘被传输给乘法器103。接着，该乘法器103用一预定增益乘以图像的边缘，使得所提取边缘的清晰度能够被校正。来自乘法器103的边缘数据被传输给低幅噪声消除器(coring)104。
低幅噪声消除器104阻止在低频带中呈现的噪声的放大。因而，低幅噪声消除器104将从乘法器103传输的边缘数据与一预定值比较，并且将具有比该预定值更低的频带的边缘数据转换为0。所转换的边缘数据被传输给加法器105。
接着，加法器105将来自低幅噪声消除器104的边缘数据图像与输入的图像信号相加，并且将结果传输到削波电路(clipping circuit)106上。削波电路106对来自加法器105的图像信号进行削波，使得它的亮度级落在0-255的范围内。经削波的图像信号会作为其边缘得到改善的图像信号输出。
然而，第二差分器102对其亮度逐渐变化的图像信号不敏感。因此，使用图1的设备难以检测其亮度逐渐变化的图像的边缘。还有，图1的设备是使用第一和第二差分器101和102以一固定增益乘提取的图像的边缘数据来这样设置的，而不考虑该边缘的亮度级。因此，当使用图1的设备校正图像信号的边缘时，在图像的边缘上有可能发生过冲(overshoot)或下冲(undershoot)。
发明内容
为解决以上问题，本发明的目的是提供一种用于使用Haar小波变换技术校正图像边缘的清晰度，以及在相邻像素之间的差异，同时减少在该图像边缘上的过冲或下冲发生的设备和方法。
为了实现上述目的一方面，提供一种用于校正图像边缘的设备，该设备包括：边缘检测器，用于通过在该图像信号上执行多级Haar小波变换来检测在输入图像信号边缘上的数据；增益检测器，用于检测通过归一化由所述边缘检测器检测的边缘数据中的在要校正的位置处的边缘数据来校正图像边缘的增益；像素值检测器，用于通过在要校正的边缘数据、相邻于该边缘数据的至少一个像素、以及增益上执行操作来检测与在要校正的位置处的边缘数据相关的校正的像素值；以及图像信号发生器，用于生成其边缘是基于校正的像素形成的图像。
最好，边缘检测器在输入图像信号上执行Haar小波变换而不引起其降低采样(down sampling)。
最好，所述边缘检测器包括：水平系数检测器，用于通过在经由多级Haar小波变换获得的变换系数上执行操作来检测图像信号的水平系数；垂直系数检测器，用于通过在经由多级Haar小波变换获得的变换系数上执行操作来检测图像信号的垂直系数；以及加法器，用于将所述水平和垂直系数相加以测量2-D系数，并且将该2-D系数输出作为边缘数据。
最好，所述像素值检测器包括：平均值检测器，用于检测在要校正的位置处的边缘数据和相邻像素的平均值；差值检测器，用于检测在平均值与要校正的边缘数据之间的差值；校正值检测器，用于通过用所述增益乘以所述差值来检测校正的值；以及校正的像素检测器，用于将校正的值与要校正的边缘数据相加，并且输出该结果作为已校正的像素。
为了实现上述目的另一方面，提供一种校正图像边缘的方法，该方法包括：平均值检测器，用于检测在要校正的位置处的边缘数据和相邻像素的平均值；差值检测器，用于检测在平均值与要校正的边缘数据之间的差值；校正值检测器，用于通过用所述增益乘以所述差值来检测已校正的值；以及校正的像素检测器，用于将已校正的值与要校正的边缘数据相加，并且输出该结果作为已校正的像素。
附图说明
通过参考附图详细描述其优选实例，本发明的上述目的和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是用于校正图像边缘的传统设备的方框图；
图2是根据本发明的用于校正图像边缘的设备的方框图；
图3是说明在图2所示的Haar小波变换器中在图像信号上执行三级Haar小波变换的过程的图；
图4是图2的校正的像素值检测器的方框图；以及
图5是解释根据本发明的校正图像边缘的方法的流程图。
具体实施方式
图2是根据本发明的优选实例的用于校正图像边缘的设备的方框图。图2的设备包括：边缘检测器200、增益检测器210、校正的像素值检测器220、以及图像信号发生器230。
所述边缘检测器200使用经由输入图像信号(即，原始图像信号)的多级‘Haar小波变换’而获得的变换系数，检测输入图像信号的边缘。为了完成它，该边缘检测器200包括：Haar小波变换器201、水平系数检测器202、垂直系数检测器203、加法器204、非线性滤波器205、以及削波电路206。
如图3所示，所述Haar小波变换器201在图像信号上执行三级Haar小波变换而不降低其采样。即，当将图像信号输入给Haar小波变换器201时，它使用具有如下等式1中定义的滤波特性的小波滤波器在图像信号上执行不导致降低采样的第一级Haar小波变换： cj ( n ) = Σ k = 0 N - 1 h ( k - n ) c j + 1 ( k ) d j ( n ) = Σ k = 0 N - 1 g ( k - n ) c j + 1 ( k ) … ( 1 ) 其中h(k-n)和g(k-n)表示小波滤波器，cj+1(k)表示输入图像信号的像素值，cj(k)表示关于根据h(k-n)的滤波器特征被低通滤波的cj+1(k)的数据，以及dj(k)表示关于根据g(k-n)的滤波器特征被高通滤波的cj+1(k)的数据。
一旦使用如等式1所定义的小波滤波器在输入图像信号上执行第一级Haar小波变换，则如在图3的第一级所示分为子带1、2、3以及4的图像被获得。
子带1包含在水平和垂直方向上具有低频的图像数据LL1；子带2包含在垂直方向上具有低频、在水平方向上具有高频的图像数据LH1；子带3包含在垂直方向上具有高频、在水平方向上具有低频的图像数据HL1；子带4包含在垂直和水平方向上具有高频的图像数据HH1。然而，子带4在本发明中未被使用。包含在子带1、2、3和4中的图像数据可以表达为基于等式1的下列等式2：
            LL1(x，y)＝cj(n)cj(n)
            LH1(x，y)＝cj(n)dj(n)
            HL1(x，y)＝dj(n)cj(n)
            HH1(x，y)＝dj(n)dj(n)
                                            ....(2)
接着，Haar小波变换器201使用在第一级获得的子带中的子带1在图像信号上执行不导致降低采样的第二级Haar小波变换。结果，获得了分成为子带LL2、LH2、HL2、和HH2的图像。其中，通过等式1和2获得基于LL1的四个划分的子带。子带HH2在本发明中未被使用。
接着，Haar小波变换器201使用在第二级获得的子带中的子带LL2在图像信号上执行不导致降低采样的第三级Haar小波变换。结果，获得了分成为子带LL3、LH3、HL3、和HH3的图像。其中，通过等式1和2获得基于LL2的四个划分的子带。子带HH3在本发明中未被使用。
在检测图像信号的边缘中采用以上Haar小波变换的原因是为了使用相邻于图像信号的两个像素值之间的差值获得图像信号的高频分量。如果在这两个像素值之间的差值是大的，则在原始图像中的这些像素之间的亮度差值是大的。这意味着用于校正该图像边缘的增益必须是大的。因此，使用Haar小波变换以便考虑到这些像素之间亮度的差值来确定校正该图像边缘的增益。
经由Haar小波变换器201的三级变换获得的子带的变换系数被传输给水平系数检测器202和垂直系数检测器203。
此后，水平系数检测器202用具有在由第一级Haar小波变换获得的子带HL1中的像素的单位的变换系数乘以具有在由第三级Haar小波变换获得的子带HL3中的像素的单位的相应的变换系数。接着，水平系数检测器202将该结果与具有在由第二级Haar小波变换获得的子带HL2中的像素的单位的相应的变换系数相加，并且将结果输出作为对应于该输入图像信号的像素的水平系数。
垂直系数检测器203用具有在由第一级Haar小波变换获得的子带LH1中的像素的单位的变换系数乘以具有在由第三级Haar小波变换获得的子带LH3中的像素的单位的相应的变换系数。接着，垂直系数检测器203将该结果与具有在由第二级Haar小波变换获得的子带LH2中的像素的单位的相应的变换系数相加，并且将结果输出作为对应于该输入图像信号的像素的垂直系数。
加法器204执行从水平系数检测器202传输的水平系数与从垂直系数检测器203传输的垂直系数的矩阵加法，并且输出是二维(2-D)系数的该结果。该2-D系数是在输入图像信号边缘上的数据。该边缘数据被传输给非线性滤波器205。
接着，非线性滤波器205分别执行该2-D系数的水平滤波(X轴滤波)和垂直滤波(Y轴滤波)，将结果相加，并且输出具有近似于该图像边缘的频率带宽的信号。
削波电路206削剪从非线性滤波器205传输的图像边缘数据的灰度级，使得该灰度级落在从0至255的范围。这里，削波电路206具有与现存削波电路相同的结构。从削波电路206输出的图像信号是由通过Haar小波变换检测的边缘数据组成的帧图像信号。
增益检测器210使用由边缘检测器200检测的边缘数据来检测用于校正图像边缘的增益。为了完成它，增益检测器210包括：校正的位置和边缘数据检测器211、增益检测部件212。
校正的位置和边缘数据检测器211基于从削波电路206传输的边缘数据检测要校正的图像边缘的位置。这里，校正图像边缘的前述方法被使用。当检测到该位置时，校正的位置和边缘数据检测器211检测从削波电路206传输的边缘数据中的该检测位置的边缘数据。该所检测的边缘数据被传输给增益检测器212。要被校正的位置的数据被传输给校正的像素值检测器220。
增益检测器212归一化所接收的边缘数据为1，并且检测该归一化值作为用于校正图像边缘的增益，以便根据像素的亮度确定增益。
校正的像素值检测器220从校正的位置和边缘数据检测器211中接收要校正的边缘的位置数据。接着，基于该边缘位置数据，校正的像素值检测器220检测来自输入图像信号的要校正的边缘位置的像素值和相邻于要校正的边缘位置的像素值。在该相邻像素值相邻于在右和左方向上要校正的边缘位置的情况中，校正的像素值检测器220检测来自输入图像信号的上述相邻像素值。还有，校正的像素值检测器220使用由增益检测器212检测的增益来检测对应于要校正的边缘数据的像素值。
校正的像素值检测器220包括：平均值检测器401、差值检测器402、校正值检测器403、以及校正的像素值检测器404，如图4所示。
平均值检测器401计算要校正的边缘数据(x，y)、以及相邻于该边缘位置的像素值(x-1，y)和(x+1，y)的平均值avec，即，ave＝(x，y)+(x-1，y)+(x+1，y)/3。所计算的平均值ave被传输给差值检测器402。接着，差值检测器402计算在边缘数据(x，y)与平均值ave之间的差值diff。
校正值检测器403用由增益检测器212检测的增益乘以由差值检测器402检测的差值diff。因此，在所述差值diff为大的情况中，要校正的边缘数据的值变大，反之在所述差值diff为小的情况中，要校正的边缘数据的值变小。这里，差值diff可以是负整数、正整数或0中之一。
校正的像素值检测器404将由校正值检测器403检测的校正值与要校正的边缘数据相加，并且输出该结果作为已校正的像素。如果该已校正的值是正整数，则检测该已校正的像素值使得该边缘数据具有比以前高或亮的亮度级，反之如果该已校正的像素是负整数，则检测该已校正的像素使得对应边缘数据具有比以前低或暗的亮度级。
校正的像素值检测器404输出一通知已将校正像素值输出到校正的位置和边缘数据检测器211的信号。该已校正的像素值被传输给图像信号发生器230。
当校正的位置和边缘数据检测器211接收一通知已将对应于要校正的边缘数据的已校正像素值输出的信号，并且检查与在帧中呈现的图像边缘相关的所有数据的校正是否已完成。结果，如果确定该校正已完成，则校正的位置和边缘数据检测器211将该完成通知图像信号发生器230，接着终止该帧的边缘校正。然而，当与需要校正的图像边缘相关的数据仍出现在该帧中时，校正的位置和边缘数据检测器211检测相关边缘的位置，并且如上所述检测对应该边缘数据的已校正的像素值。
图像信号发生器230从校正的位置和边缘数据检测器211中接收通知相应帧的边缘校正已完成的信号，并且生成其边缘是基于从校正的像素值检测器220传输的校正的像素值而形成的图像信号。所生成的图像信号是其边缘是根据本发明被校正的图像信号。
图5是解释根据本发明的校正图像边缘的方法的流程图。更具体地，三级Haar小波变换是由如上所述的图2的Haar小波变换器201在输入原始图像信号上执行的(s501)，由此获得图3所示的子带。接着，原始图像信号的垂直和水平系数使用所获得的子带一一被测量(s502)。这里，所述垂直和水平系数是如关于图2的水平系数检测器202和垂直系数检测器203的解释而被检测的。
接着，在该垂直和水平系数上执行矩阵加法以测量2-D系数(s503)。所测量的2-D系数对应于与原始图像输入的边缘相关的数据。
其后，对该2-D系数进行非线性滤波(s504)，以更精确地检测在图像边缘上的数据。接着，将经非线性滤波的边缘数据进行削波，使得其亮度级落在从0至255的范围内(s505)。
然后，从具有削波的边缘数据的帧图像信号检测要校正的图像边缘的位置(s506)。如果边缘的位置被检测，则从削波的帧图像数据检测在检测的位置的边缘数据。
接着，将所检测的边缘数据归一化为1(s507)，并且检测所归一化的值作为要校正的边缘数据的增益。接着测量要校正的边缘数据的平均值avec和相邻于要校正的边缘的像素(s508)。这里，相邻于边缘的像素意味着至少一像素相邻于该边缘。在该实例中，通过测量一像素和在左和右方向上的两相邻像素，获得平均值avec。在要校正的图像的边缘位于原始图像信号的点(x，y)处的情况中，相邻两像素可以是位于原始图像信号的点(x-1，y)和(x+1，y)处的像素。然而，该相邻像素可以是在上和下方向上、或者在上、下、左和右方向上相邻于要校正的图像的边缘的像素。
其后，计算在要校正的图像的边缘数据和平均值avec之间的差值(s509)。即，从边缘数据中减去平均值avec。该差值可以是负整数、正整数或0。如果该数据差值是正整数，则校正该边缘数据使得初始信号的边缘数据的亮度级被增加，反之如果该数据差值是负整数，则校正该边缘数据使得初始信号的边缘数据的亮度级被减小。另外，如果该差值是0，则保持其亮度级。
接着，将该差值乘以在步骤507被检测的增益，即，所述差值x所述增益，以测量要校正的边缘数据的被校正的值(s510)。
接着，将已校正的值加到边缘数据上，以测量一已校正的像素值，即，(x，y)+已校正的像素值(s511)。该已校正的像素值具有已改善亮度的像素值。
接着，检查相应帧的边缘数据的校正是否完成(s512)。如果确定还未完成校正，则通过返回步骤506再次执行该边缘的校正。
然而，如果确定该校正已经完成，则产生其边缘已基于所校正的像素改善了的图像信号，并且终止该校正(s513)。所产生的图像信号具有其亮度已改善的图像。
根据本发明，通过在原始图像信号上执行多级Haar小波变换来检测与原始图像信号的边缘相关的数据。接着，使用所检测的边缘数据确定用于校正图像边缘的增益，并且使用所确定的增益和在原始图像信号中呈现的相邻像素产生其边缘已校正的图像信号，由此减少了在该图像边缘处的过冲和下冲的发生。结果，有可能产生具有高分辨率的图像。
尽管本发明是参照其特定的优选实施例来示出和描述的，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种修改。

Claims (15)

1.一种用于校正输入图像信号边缘的设备，所述设备包括：
边缘检测器，用于通过在所述图像信号上执行多级Haar小波变换来检测在该输入图像信号边缘上的数据；
增益检测器，用于检测通过归一化由所述边缘检测器检测的边缘数据中的在要校正的位置处的边缘数据来校正图像边缘的增益；
像素值检测器，用于通过在要校正的边缘数据、相邻于所述边缘数据的至少一个像素、以及所述增益上执行操作来检测与在要校正的位置处的边缘数据相关的校正的像素值；以及
图像信号发生器，用于产生其边缘是基于校正的像素形成的图像。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述边缘检测器在所述输入图像信号上执行Haar小波变换而不引起降低其采样。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述边缘检测器在所述输入图像信号上执行三级Haar小波变换而不引起降低其采样。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述边缘检测器包括：
水平系数检测器，用于通过在经由多级Haar小波变换获得的变换系数上执行操作来检测所述图像信号的水平系数；
垂直系数检测器，用于通过在经由多级Haar小波变换获得的变换系数上执行操作来检测所述图像信号的垂直系数；以及
加法器，用于将所述水平和垂直系数相加以测量2-D系数，并且将所述2-D系数输出作为边缘数据。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述水平系数检测器、所述垂直系数检测器、以及所述加法器按像素在所述图像信号上执行所述操作。
6.根据权利要求4所述的设备，其中所述边缘检测器还包括：
滤波器，用于对所述边缘数据进行非线性滤波；以及
削波单元，用于对从所述滤波器输出的边缘数据进行削波，使得所述边缘数据的亮度级落在预定范围内。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述增益检测器包括：
校正的位置和边缘数据检测器，用于检测由所述边缘检测器所检测的边缘数据中的要校正的图像的边缘数据；以及
增益检测器，用于将由所述校正的位置和边缘数据检测器检测的所述边缘数据归一化为1，以及用于检测所归一化的值作为所述增益。
8.根据权利要求1所述的设备，其中相邻于所述边缘数据的所述像素包括在左和右方向上相邻于要校正的所述像素的多个像素。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述像素值检测器包括：
平均值检测器，用于检测在要校正的位置处的所述边缘数据和所述相邻像素的平均值；
差值检测器，用于检测在所述平均值与要校正的所述边缘数据之间的差值；
校正值检测器，用于通过用所述增益乘以所述差值来检测校正的值；以及
校正的像素值检测器，用于将所述校正的值与要校正的所述边缘数据相加，并且输出所述结果作为校正的像素。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述像素值检测器包括：
平均值检测器，用于检测在要校正的位置处的所述边缘数据和所述相邻像素的平均值；
差值检测器，用于检测在所述平均值与要校正的所述边缘数据之间的差值；
校正值检测器，用于通过用所述增益乘以所述差值来检测校正的值；以及
校正的像素值检测器，用于将所述已校正值与要校正的所述边缘数据相加，并且输出该结果作为已校正的像素。
11.一种校正图像信号的边缘的方法，所述方法包括：
通过在所述图像信号上执行多级Haar小波变换，提取输入图像信号的边缘数据；
使用所提取的边缘数据中的在要校正的位置上的边缘数据，检测用于校正所述图像信号的边缘的增益；
通过执行所述增益、要校正的所述边缘数据、以及相邻于要校正的边缘数据的至少一个像素的操作，检测与要校正的所述边缘数据相关的校正的像素值；以及
产生其边缘是基于所述校正的像素形成的图像。
12.根据权利要求11所述的方法，其中提取所述边缘数据包括：在所述图像信号上执行不引起降低采样的多级Haar小波变换。
13.根据权利要求11所述的方法，其中提取所述边缘数据包括：
使用经由多级Haar小波变换获得的变换系数，检测所述图像信号的水平系数；
使用经由多级Haar小波变换获得的变换系数，检测所述图像信号的垂直系数；
将所述水平系数和垂直系数相加，以测量2-D系数，并且提供所测量的2-D系数作为所述边缘数据。
14.根据权利要求11所述的方法，其中检测所述校正的像素包括：
测量要校正的所述边缘数据与相邻于所述边缘数据的所述像素的平均值；
检测在所述平均值和要校正的所述边缘数据之间的差值；
通过用所述增益乘以所述差值来检测已校正值；以及
通过将已校正值与要校正的所述边缘数据相加，检测所述校正的像素值。
15.根据权利要求11所述的方法，其中检测所述增益包括：归一化要校正的所述边缘数据，并且检测所述经归一化的值作为所述增益。
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